クラゲ、ネコ、ヘビ、宇宙飛行士の共通点とは?数学(What Do a Jellyfish, a Cat, a Snake, and an Astronaut Have in Common? Math.)

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2023-08-09 カリフォルニア工科大学(Caltech)

クラゲ、ネコ、ヘビ、宇宙飛行士の共通点とは?数学(What Do a Jellyfish, a Cat, a Snake, and an Astronaut Have in Common? Math.)
Credit: Creative Commons

◆動物界には、歩行や走行、登攀ではなく、体の形状を変えることで進む生物が存在する。この運動はヘビの這い方やエイの泳ぎ、猫の落下時の姿勢調整に見られる。
◆カルテック大学の研究チームが、これらの運動を説明する単一のアルゴリズムを発見したと発表。最も効率的な動きを選ぶ自然システムの原理により、これらの動きが説明され、実際の生物の運動とも一致することが確認された。
◆形状変化による運動は、単純で美しい原則であり、実際の生物の動きの多くを説明する可能性がある。

<関連情報>

形の変化による運動 Motion from Shape Change

Oliver Gross,Yousuf Soliman,Marcel Padilla,Felix Knöppel,Ulrich Pinkall,Peter Schröder
ACM Transactions on Graphics  Published:26 July 2023
DOI:https://doi.org/10.1145/3592417

Abstract

We consider motion effected by shape change. Such motions are ubiquitous in nature and the human made environment, ranging from single cells to platform divers and jellyfish. The shapes may be immersed in various media ranging from the very viscous to air and nearly inviscid fluids. In the absence of external forces these settings are characterized by constant momentum. We exploit this in an algorithm which takes a sequence of changing shapes, say, as modeled by an animator, as input and produces corresponding motion in world coordinates. Our method is based on the geometry of shape change and an appropriate variational principle. The corresponding Euler-Lagrange equations are first order ODEs in the unknown rotations and translations and the resulting time stepping algorithm applies to all these settings without modification as we demonstrate with a broad set of examples.

1700応用理学一般
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